[发明专利]一种状态自动电压调节的无刷发电机

说明书

技术领域

本发明是一种状态自动电压调节的无刷发电机，属于发电机技术领域。

背景技术

现有的电励磁发电机(包括交流、直流、无刷、有刷发电机)为了实现稳压，都采用有差调节，配置了自动电压调节AVR模块(以下简称AVR模块)。用AVR模块测量发电机的电压，并将信号经过处理，进行比较、放大、移相，用PWM技术控制功率模块的输出来调节发电机励磁，实现稳压。其电路复杂、电压稳定所需时间较长，励磁电流全部流过功率模块，使功率器件容量大，可靠性降低，造价升高。

一种永磁发电机利用永磁铁的恒磁发电，虽然也不用AVR模块，但负载大小、性质变化，转速变化，使发电机输出电压变化大，并无法控制，且负载特性太软；加上永磁发电机温度特性差，因此电压稳定特性较差，限制了它的使用范围。

采用上述稳压方法的发电机，均达不到GB2820-1990A及GJB5785-2006标准规定的要求。

发明内容

本发明目的是提供一种状态自动电压调节的无刷发电机，本发明可使发电机在各种运行状态(负载、性质、转速变化)下，均能自动调节稳定该发电机的电压，以达到设定的运行电压，其构造简单，电压稳定所需时间较短，可靠性高，造价低。本发明无刷发电机不需要AVR模块。本发明目的是按如下技术方案实现的。本发明为一种状态自动电压调节的无刷发电机，包括嵌在定子3内的发电机主绕组WA和励磁机励磁绕组WE1，其特征是：还具有嵌在定子内的谐波绕组WS，从谐波绕组中取出谐波能量，经外电路整流后，送到励磁机励磁绕组用来调节励磁。

所述的外电路包括分流电阻RX和单向整流桥U2；从所述的谐波绕组的2引出端B1、B2经分流电阻、单向整流桥与励磁机励磁绕组的2端子E1、E2相连。

所述的主绕组的线圈V2的极距τ1相应于所述的谐波绕组的线圈的3个极距，3个谐波绕组线圈V1的连接方法是：线圈①的尾端与线圈②的尾端相连、线圈②的头端与线圈③的头端相连的串联线路。

所述的线圈V2的极距τ1的频率为50Hz，所述的三次谐波的每一极距的频率均为150Hz。

本发明利用发电机定子中的谐波能量，经整流后用来调节发电机的励磁。做法是从嵌在定子内的谐波绕组中取出谐波能量，经外电路整流后用来调节发电机的励磁。当发电机的电压状态即负载大小、性质、转速发生变化时，该谐波能量能自动调节发电机的励磁，保持发电机的输出电压稳定，实现发电机在各种状态下均能自动调节电压，省去了常规的自动电压调节模块AVR，也省去测量、放大、比较和功率控制器件等电路。

以6GF型无刷发电机为例，该发电机转速为3000转/分，转子为凸极(N和S一对极)，因此，发电机气隙中的磁密分布为平顶波。由于南极S及北极N是对称的，基波频率为150Hz，则三个谐波的频率和为50Hz×3＝150Hz。

发电机负载增大时，电压趋向下降，发电机呈欠激；发电机功率因数COSφ下降时，感性电流分量增加，发电机去磁导致呈现欠激，但是这时主发电机电枢反应磁密波为尖顶波，对三次谐波来说是加磁的，谐波能量自动加大，补偿了发电机去磁导致的欠激。利用三次谐波的这一特性，实现了发电机在运行状态(负载、负载性质、转速等)变化时，自动控制励磁补偿，实现稳压，并具极好的强励能力和动态特性。

为使稳压特性调节至最佳，消除各发电机因制造工艺偏差导致三次谐波能量有差异的不足，在三次谐波绕组端并联了分流电阻，此电阻也可作为整定输出电压值使用。

本发明在功率6kW的6GF型柴油发电机组上应用，经过+50度高温，-40度低温试验，50小时连续工作(含过载、短路、直接启动同容量电动机试验)，通过试验证明：发电可靠，工作稳定，性能全面，电压冷热偏移小于0.8％；电压波动小于0.46％；稳态电压调整率优于1.8％，电压稳定所需时间小于0.19秒。瞬态电压调整率优于17％。满足GB2820-1990及GJB5785-2006标准的要求，具有极好的应用前景。

综上所述，本发明发电机能在各种状态下自动调节稳定发电的电压，省去自动电压调节器AVR模块，也省去测量、放大、比较和功率控制器件等电路，其构造简单、电压稳定所需时间较短，可靠性高，造价低。

附图说明

图1本发明应用于状态自动电压调节的6GF无刷发电机系统电路的原理图。

图2发电机三次谐波绕组的连接图。

图3图1中6GF无刷发电机的结构示意图。

图中代号与名称对照表

具体实施方式